一種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式測量裝置，特指通過雙 目視覺技術(shù)對所獲取的數(shù)字圖像識別，進(jìn)行三維重構(gòu)，得到三維場景，從而利用幾何關(guān)系對 鍋爐主蒸汽管道宏觀位移實現(xiàn)非接觸式在線測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)容量和規(guī)模的擴大，電力設(shè)備失效給人們的生產(chǎn)和現(xiàn)代生活所帶來 的影響越來越大，用戶對電力系統(tǒng)的安全運行和可靠供電也提出了越來越高的要求。這使 得電力系統(tǒng)安全可靠性問題變得越來越突出，因此，保障火電機組安全穩(wěn)定運行，提高電力 系統(tǒng)可靠性，是電力企業(yè)現(xiàn)代化管理的一項重要內(nèi)容。
[0003] 過熱器、再熱器、蒸汽管道和聯(lián)箱等是鍋爐汽水管道系統(tǒng)中承受蒸汽溫度和壓力 參數(shù)最高的部件，也是對超溫最為敏感的部件。隨著超臨界、超超臨界機組新材料應(yīng)用、運 行參數(shù)提高和系統(tǒng)復(fù)雜化趨勢，由于過熱導(dǎo)致的過熱器、再熱器爆管事故時有發(fā)生，蒸汽管 道、聯(lián)箱等也常處于高溫蠕變導(dǎo)致的帶缺陷運行狀態(tài)。因此，有效地監(jiān)測重要部件的安全狀 態(tài)，實現(xiàn)材料壽命評估，是火電機組大容量、高參數(shù)發(fā)展趨勢下，鍋爐安全穩(wěn)定運行亟待解 決的問題。
[0004] 經(jīng)過幾十年的開發(fā)與應(yīng)用，盡管電站鍋爐重要部件的失效分析和壽命評估方法已 形成較為完善的體系，但其主要方法仍是基于離線的檢測和實驗數(shù)據(jù)來評估剩余壽命。近 年來，針對單一部件的在線壽命評估系統(tǒng)開始出現(xiàn)，但由于這些系統(tǒng)大都沒有考慮到多種 失效機理的相互作用，存在監(jiān)測和評估誤差較大的問題。歐洲和日本的技術(shù)專家針對鍋爐 管道系統(tǒng)建立了系統(tǒng)的壽命評估導(dǎo)則，其中考慮了失效形式的交互影響，并開發(fā)了相應(yīng)的 計算軟件，但是依然需要依靠離線檢測數(shù)據(jù)輸入來得到計算結(jié)果，很多關(guān)鍵參數(shù)如溫度、蠕 變和位移等都缺乏在線測量系統(tǒng)。另外，現(xiàn)有電廠鍋爐管道外都包有一層絕熱層，給直接測 量管道應(yīng)高溫蠕變產(chǎn)生的位移帶來了很大的不便。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接 觸式在線測量裝置，采用本實用新型的裝置，能在線、非接觸地獲得具有較高穩(wěn)定性和較高 精度的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移，且具有應(yīng)用簡便的優(yōu)點。
[0006] 解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種鍋爐主蒸汽管道3宏觀位移的測量裝置，其特征是包括：設(shè)立在簡化為上、下 兩節(jié)剛性桿和中間一節(jié)彈簧的彈性支吊架1下節(jié)的兩個標(biāo)記點2、在所述彈性支吊架附近 非接觸地固定的對應(yīng)于標(biāo)記點數(shù)量的高清攝像機4,所述高清攝像機的拍攝方向正對于各 標(biāo)記點，所述的高清攝像機通過由發(fā)射網(wǎng)橋5和接收網(wǎng)橋6構(gòu)成的無線網(wǎng)橋傳輸至一主控 機7。
[0008] 所述的高清攝像機有若干個，網(wǎng)線先匯總到一個工業(yè)交換機中，再通過由發(fā)射網(wǎng) 橋和接收網(wǎng)橋構(gòu)成的無線網(wǎng)橋傳輸至主控機。
[0009] 所述的標(biāo)記點為圓柱體或長方體模塊，表面有彩色涂層。
[0010] 所述高清攝像機為工業(yè)級高分辨率日夜型攝像機。
[0011] 本實用新型原理：鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變發(fā)生宏觀位移時，由彈性支吊架的 結(jié)構(gòu)決定了彈性支吊架會在空間中形成三段直線，如附圖圖2,以鍋爐主蒸汽管道中心線和 彈性支吊架為Y、Z軸，二者交點為坐標(biāo)系原點建立空間坐標(biāo)系，管道半徑r已知，則可得到 鍋爐主蒸汽管道的圓柱體方程，通過雙目視覺三維重構(gòu)算法得到標(biāo)記點在所建空間坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)，根據(jù)這對標(biāo)記點坐標(biāo)，得到空間直線方程I1，結(jié)合管道圓柱體方程即可求得1:與 主蒸汽管道的交點B'的空間坐標(biāo)，故鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變在X、Y、Z方向上宏觀位 移即為圖2中點B'坐標(biāo)與點B坐標(biāo)之差的絕對值。
[0012] 加上運用實測數(shù)據(jù)估算各方向的誤差因子，從而對各方向的位移進(jìn)行修正，最終 準(zhǔn)確計算出鍋爐主蒸汽管道在各方向的實際位移。
[0013] 有益效果：
[0014] 本實用新型提出的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移間接測量裝置，相比于目前的離線測 量系統(tǒng)，具有非接觸測量、應(yīng)用簡便、實時記錄等優(yōu)點，通過數(shù)字圖像的采集、處理、分析、計 算等步驟，依此得到鍋爐主蒸汽管道的高溫蠕變量，進(jìn)而評估主蒸汽管道的缺陷運行狀態(tài) 和剩余壽命，提供系統(tǒng)預(yù)警、記錄查詢等功能，從而保障鍋爐的安全和穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移間接在線測量方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0016] 圖2是本實用新型中鍋爐主蒸汽管道實際宏觀位移計算方法示意圖，以鍋爐主蒸 汽管道中心線和彈性支吊架為Y、Z軸建立空間坐標(biāo)系，彈簧支吊架可以分為如圖所示的彈 性支吊架上中下三節(jié)，管道高溫蠕變前在同一直線上，高溫蠕變后變?yōu)槿沃本€，六 1與A2為 彈性支吊架下節(jié)所選取的一對標(biāo)記點，B為鍋爐管道蠕變前彈性支吊架延長線與管道外表 面的交點；
[0017] 圖3為測量方法流程圖；
[0018] 圖4為三維重構(gòu)步驟流程圖。
[0019] 附圖標(biāo)記說明：1.鍋爐彈性支吊架；2.標(biāo)記點；3.鍋爐主蒸汽管道；4.高清攝像 機；5.發(fā)射網(wǎng)橋；6.接收網(wǎng)橋；7.主控機，8.工業(yè)交換機。
【具體實施方式】
[0020] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0021] 見圖1和圖2所示，本實用新型的鍋爐主蒸汽管道3宏觀位移的測量裝置實施示 例，包括：設(shè)立在簡化為上、下兩節(jié)剛性桿和中間一節(jié)彈簧的彈性支吊架1下節(jié)的兩個標(biāo)記 點2,標(biāo)記點為圓柱體或長方體模塊，表面有彩色涂層；在彈性支吊架附近非接觸地固定的 對應(yīng)于標(biāo)記點數(shù)量的雙目高清攝像機4,其為工業(yè)級高分辨率日夜型攝像機；高清攝像機 的拍攝方向正對于各標(biāo)記點，高清攝像機網(wǎng)線先匯總到一個工業(yè)交換機8中，再通過由發(fā) 射網(wǎng)橋5和接收網(wǎng)橋6構(gòu)成的無線網(wǎng)橋傳輸至一主控機7。
[0022] 若是一臺雙目高清攝像機，則直接通過由發(fā)射網(wǎng)橋和接收網(wǎng)橋構(gòu)成的無線網(wǎng)橋傳 輸至主控機。
[0023] 采用上述裝置進(jìn)行鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測量方法，鍋爐主蒸 汽管道通過若干與管道垂直的彈性支吊架懸吊，方法包括以下步驟：
[0024] 步驟S1，設(shè)立分別以所述鍋爐主蒸汽管道中心線和某一彈性支吊架為Y、Z軸、二 軸交點為坐標(biāo)系原點的空間坐標(biāo)系（X，Y，Z);
[0025] 步驟S2,將彈性支吊架簡化為上、下兩節(jié)剛性桿和中間一節(jié)彈簧，在下節(jié)剛性桿上 分別設(shè)立兩個標(biāo)記點4與A2;
[0026] 步驟S3,在所述彈性支吊架附近，非接觸地設(shè)立專用支架固定高清攝像機，高清攝 像機拍攝方向正對于各標(biāo)記點，高清攝像機通過無線網(wǎng)橋連接一主控機；
[0027] 步驟S4,在鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變出現(xiàn)宏觀位移前，主控機得到由攝像機獲 取的二維數(shù)字圖像后，對雙目攝像機進(jìn)行標(biāo)定，建立有效的成像模型，獲取攝像機的內(nèi)外參 數(shù)，然后對標(biāo)記點、管道邊緣進(jìn)行識別、提取，最后進(jìn)行立體匹配，采用三維重建算法獲取所 述標(biāo)記點在所設(shè)空間坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，設(shè)為&(0,0,Z1)與A2 (0,0,Z2);
[0028] 步驟S5,當(dāng)鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變出現(xiàn)宏觀位移時，同樣可得到標(biāo)記點在空 間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，設(shè)為A'Ax'i，y'i，z'D與A' 2(x' 2，y' 2，z' 2);
[0029] 步驟S6,參見圖2,鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變產(chǎn)生宏觀位移時，彈性支吊架由三 節(jié)在同一直線變?yōu)槿沃本€，彈性支吊架下節(jié)的標(biāo)記點4與六 2移動到圖2中A'JPA' 2。 在主控機中，得到由攝像機獲取到二維數(shù)字圖像，對雙目攝像機進(jìn)行標(biāo)定，建立有效的成像 模型，得到攝像機的內(nèi)外參數(shù)，然后對標(biāo)記點，管道邊緣進(jìn)行識別、提取，最后進(jìn)行立體匹 配，從而實現(xiàn)三維重建算法以獲知這對標(biāo)記點在所建空間坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，管道因高 溫蠕變前，設(shè)為A1O), 0,Z1)與A2 (0,0,Z2)，當(dāng)鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變出現(xiàn)宏觀位移時， 同樣可得到標(biāo)記點在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，設(shè)為A'Jx'py'pz'J與A' 2(x' 2， ^ 2,z' 2)，顯然，根據(jù)A':與六'2的空間坐標(biāo)可以得到彈性支吊架下節(jié)所在直線1在 所建空間坐標(biāo)系中的直線方程式：
[0031] 步驟S7,又已知鍋爐主蒸汽管道在所見坐標(biāo)系中的曲線方程是圓柱體，即：
[0032] x2+z2=r2 (2)
[0033] 結(jié)合直線I1方程與鍋爐主蒸汽管道的曲線方程，可以得到它們的交點B'的X、Z 坐標(biāo)為：
得Y坐標(biāo)，即
[0038] 因B'點是由圖2中點B(0,0,r)管道蠕變后所得，因此，鍋爐主蒸汽管道因高溫 蠕變在X、Y、Z三個方向的宏觀位移為：
[0042] 考慮圖像測量算法所帶來的誤差，各個方向的實際宏觀位移dx'、dy'、dz'可表 示為：
[0043] dx' = dx+ex (9)
[0044] dy' = du+ey (10)
[0045] dz' = dz+ez (11)
[0046] 其中6：(、\、1為誤差修正因子，具體數(shù)值可通過實測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正得到，從而可準(zhǔn) 確計算出鍋爐主蒸汽管道在各個方向的宏觀位移。
[0047] 本實用新型提供的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移間接測量方法及裝置，通過在鍋爐主 蒸汽管道彈性支吊架上安裝特殊標(biāo)記點，運用數(shù)字圖像識別技術(shù)計算標(biāo)記點并通過三維重 構(gòu)算法計算出各標(biāo)記點在所建空間坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，然后得出關(guān)鍵的直線方程進(jìn)行計 算，實現(xiàn)一種穩(wěn)定性好、非接觸式、精度較高且算法簡單的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移間接在 線測量方法。
【主權(quán)項】
1. 一種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測量裝置，其特征是包括：設(shè)立在簡 化為上、下兩節(jié)剛性桿和中間一節(jié)彈簧的彈性支吊架（1)下節(jié)的兩個標(biāo)記點（2)、在所述彈 性支吊架附近非接觸地固定的對應(yīng)于標(biāo)記點數(shù)量的高清攝像機（4)，所述高清攝像機的拍 攝方向正對于各標(biāo)記點，所述的高清攝像機通過由發(fā)射網(wǎng)橋（5)和接收網(wǎng)橋（6)構(gòu)成的無 線網(wǎng)橋傳輸至一主控機（7)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測量裝置，其特征 是：所述的高清攝像機有若干個，網(wǎng)線先匯總到一個工業(yè)交換機（8)中，再通過由發(fā)射網(wǎng)橋 和接收網(wǎng)橋構(gòu)成的無線網(wǎng)橋傳輸至主控機。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測量裝置，其特征 是：所述的標(biāo)記點為圓柱體或長方體模塊，表面有彩色涂層；所述高清攝像機為工業(yè)級高 分辨率日夜型攝像機。
【專利摘要】一種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測量裝置，其特征是包括：設(shè)立在簡化為上、下兩節(jié)剛性桿和中間一節(jié)彈簧的彈性支吊架(1)下節(jié)的兩個標(biāo)記點(2)、在所述彈性支吊架附近非接觸地固定的對應(yīng)于標(biāo)記點數(shù)量的高清攝像機(4)，所述高清攝像機的拍攝方向正對于各標(biāo)記點，所述的高清攝像機通過由發(fā)射網(wǎng)橋(5)和接收網(wǎng)橋(6)構(gòu)成的無線網(wǎng)橋傳輸至一主控機(7)。本實用新型能在線非接觸地獲得具有較高穩(wěn)定性和較高精度的管道宏觀位移，且具有應(yīng)用簡便的優(yōu)點。
【IPC分類】G01C11/08
【公開號】CN204788377
【申請?zhí)枴緾N201520453182
【發(fā)明人】王偉, 鐘萬里, 樊紹勝, 何鳳生, 鐘力強, 李文勝, 林介東, 聶銘
【申請人】廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院, 長沙理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年6月26日